1 - Uniwersytet Warmińsko
advertisement
Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wykonanie praktycznego pomiaru temperatury w obszarze skrawania podczas operacji toczenia wzdłużnego wałka z wykorzystaniem termopary oraz kamery termowizyjnej. 2. Wyposażenie stanowiska Tokarka kłowa uniwersalna TUR 50, Oprawka tokarska, Płytki skrawające o tradycyjnym zarysie naroża ostrza. Miernik temperatury z termoparą. Kamera termowizyjna. Instrukcja do ćwiczenia. 3. Przebieg ćwiczenia Przeprowadzenie zabiegu toczenia wzdłużnego wałka z różnymi posuwami f i głębokościami skrawania ap oraz wykonanie pomiarów temperatury w obszarze skrawania z wykorzystaniem termopary i kamery termowizyjnej. WYBRANE ZAGADNIENIA TEORETYCZNE Temperatura skrawania Ciepło wydzielające się przy skrawaniu metali ma bardzo ważne znaczenie ze względu na trwałość narzędzi, dokładność obróbki, właściwości warstwy wierzchniej itp. Procesy cieplne zachodzące podczas skrawania są jednym z czynników powodujących zużycie ostrza narzędzia na skutek zmian zachodzących w strukturze materiału. Uszkodzenie ostrza spowodowane oddziaływaniem termicznym są wynikiem zmniejszenia się jego twardości wraz ze wzrostem temperatury. Ponadto wskutek nierównomiernego nagrzewania lub chłodzenia ostrza mogą powstać mikropęknięcia naprężeniowe, na które szczególnie wrażliwe są materiały o małej odporności na szoki termiczne [1]. Na rys. 1. Przedstawiono wpływ temperatury na trwałość narzędziowych. różnych materiałów Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. Rys. 1. Wpływ temperatury skrawania na twardość różnych materiałów narzędziowych [1]. Źródłem ciepła w procesie skrawania jest praca skrawania niezbędna do przekształcenia warstwy metalu w wiór. Pracę skrawania można przedstawić jako sumę prac cząstkowych [2]: L = LP + LT + LS + LD + LZ gdzie: L - całkowita praca skrawania LP - praca odkształceń plastycznych LT - praca tarcia wióra i materiału obrabianego LS - praca odkształceń sprężystych LD -praca niezbędna do rozdrobnienia kryształów LZ - praca zwijania wióra. Ciepło wydzielane w strefie skrawania rozchodzi się trzema sposobami: drogą przewodnictwa, konwekcji i promieniowania Ciepło obrabiany, narzędzie i atmosferę otoczenia [2]: Q = Ql + Q2 + Q3 + Q4 przenika, w wiór, materiał Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. gdzie: Q - całkowita ilość wydzielonego ciepła, Q1 - ilość ciepła unoszonego przez wiór, Q2 - ilość ciepła przechodzącego w narzędzie, Q3 - ilość ciepła pozostającego w materiale obrabianym, Q4 - ilość ciepła przechodzącego w atmosferę otoczenia. Ilość ciepła wydzielanego w procesie skrawania zależy w głównej mierze od parametrów skrawania , a w szczególności od szybkości skrawania oraz od geometrii ostrza i własności materiału obrabianego i materiału narzędzia. Największy wpływ na ilość wydzielanego-ciepła w procesie skrawania ma praca odkształceń plastycznych LP i praca tarcia LT. Przy obróbce materiałów. miękkich podstawową rolę odgrywa praca odkształceń plastycznych w warstwie skrawanej, dlatego też największa ilość ciepła wydziela się i zostaje unoszona przez wiór. Można przyjąć średnio, że około 50-80% całkowitej ilości wydzielonego ciepła unoszone jest przez wiór, 20-30% przechodzi w narzędzie, 10-40% w materiał obrabiany i mniej niż 1% przenika w atmosferę otoczenia [2]. Przy przez obróbce materiałów kruchych (np. żeliwo) ilość ciepła prze noszonego materiał obrabiany jest znacznie większa. Np. podczas obróbki aluminium przy szybkości skrawania 100 m/min ilość ciepła pozostającego w materiale wynosi ponad 70%, a unoszonego przez wiór około 20% [2]. Pomiar temperatury skrawania Do najbardziej popularnych metod pomiaru temperatury skrawania zaliczamy: Metody bezstykowe: o Pirometry, o Kamery termowizyjne, Termoelementu wkładanego, Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. Termoelementu obcego, Termoelementu naturalnego, o Jednonarzędziowa, o Dwunarzędziowa Pirometry i kamery termowizyjne należą do grupy przyrządów bezstykowych do pomiaru temperatury. Umożliwiają pomiar temperatury powierzchni ciał wykorzystując ich promieniowanie temperaturowe. Ponieważ pomiar odbywa się w sposób bezstykowy, pole temperaturowe nie ulega zakłóceniu. Zakres promieniowania temperaturowego mającego największe znaczenie w pirometrii zawiera się w granicach od około 2 do 14 μm. Rys.2. Zakres promieniowania temperaturowego; 1- Xray, 2-UV, 3-widzialne, 4-podczerwień, 5,6radiowe. [2 ]. Kamera termowizyjna wykorzystuje zjawisko promieniowania podczerwonego, które emitują wszystkie obiekty. Ponieważ wartość promieniowania jest funkcją temperatury powierzchni obiektu, możliwe dokonywanie przeliczeń. jest wizualizowanie rozkładu temperatur oraz Bardzo istotnym jest ustawienie odpowiednich wartości Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. wielkości fizycznych takich jak: temperatura ………………….…….. otoczenia, wilgotność względna, współczynnik emisyjności badanej powierzchni czy odległość kamery od obiektu. Parametry te mają istotny wpływ na wiarygodność uzyskanych wyników pomiarów. Kamera termowizyjna pozwala na uzyskanie barwnego obrazu - mapy temperatur (tzw. termogramu). Rys.3. Przykładowy termogram szlifowania płaskiego [2]. Metoda termoelementu naturalnego – jednonarzędziowa W metodzie tej (rys. 4) termoogniwo tworzy materiał narzędzia i materiał skrawany. Przy toczeniu przedmiot obrabiany mocuje się w uchwycie i podpiera kłem. Nóż zamocowany w imaku jest izolowany i chłodzony sprężonym powietrzem [2]. Dla ustalenia rzeczywistej w danych warunkach temperatury skrawania na podstawie dokonanego odczytu na miliwoltomierzu konieczne jest sporządzenie wykresów wzorcowania T = f(U) dla każdego gatunku materiału – rys. 5. Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. Rys.4. Schemat stanowiska badań do pomiaru średniej temperatury skrawania metodą termoelementu naturalnego podczas toczenia [3]. Rys.5. Przykładowy wykres wzorcowania dla metody jednonarzędziowej [4]. Metoda termoelementu naturalnego – dwunarzędziowa Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. Metoda ta polega na pomiarze ………………….…….. siły termoelektrycznej występującej podczas jednoczesnego skrawania materiału dwoma narzędziami. Dla toczenia (rys. 6) stosuje się dwa noże o jednakowej geometrii, wykonane z różnych materiałów dających w zestawieniu możliwie dużą siłę termoelektryczną. Noże te zamocowane są w imaku nożowym i izolowane względem siebie. Skrawanie odbywa się jednocześnie dwoma nożami z jednakową prędkością skrawania, posuwem i głębokością. Podobnie jak w metodzie jednonarzędziowej należy stosować wykres wzorcowania T=f(U) do określenia temperatury rzeczywistej[4]. Rys.6. Schemat metody dwunarzędziowej pomiaru temperatury skrawania[4]. Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Pomiar temperatury skrawania. Nazwisko i imię ………………….…….. WYKONANIE ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest wykonanie operacji toczenia wzdłużnego wałka w następujących opcjach parametrów technologicznych: Stała prędkość obrotowa przedmiotu n=const oraz głębokość skrawania ap=const, różne wartości posuwów f. Stała wartość posuwu f=const oraz głębokość skrawania ap=const, różne wartości prędkości obrotowej n przedmiotu obrabianego, Stała wartość posuwu f=const oraz prędkość obrotowa przedmiotu n=const, różne wartości głębokości skrawania ap. Dokonanie pomiaru temperatury skrawania podczas wykonywania poszczególnych operacji z użyciem kamery termowizyjnej oraz miernika temperatury z termoelementem obcym. BIBLIOGRAFIA 1. Materiały laboratoryjne: www.ktmia.ath.bielsko.pl/zkww/skraw/lab_4.pdf 2. Materiały laboratoryjne Politechniki Rzeszowskiej http://robertbabiarz.sd.prz.edu.pl/file/MjMsNjcsNDM0Nyxjd2ljel8yX2RpYWcucGRm. 3. P. Niesłony, W. Habrat, P. Laskowski, Metodyka wyznaczania temperatury w strefie skrawania podczas toczenia i frezowania stopu Ti6Al4V. Mechanik 2015, 9-9, 413, DOI: 10.17814. 4. Instrukcje do ćwiczeń: www.ktmia.ath.bielsko.pl/zkww/skraw/lab_8.pdf Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. Protokół z części praktycznej zajęć Nazwa operacji .................................................................................................................... Obrabiarka ............................................................................................................................ Narzędzie ............................................................................................................................. TABELE POMIAROWE Zmienny posuw f, stała prędkość obrotowa n oraz głębokość skrawania ap L.p. Posuw Średnica f [mm/obr] d [mm] Obroty wrzeciona n [obr/min] Głębokość skrawania ap [mm] Prędkość skrawania V [m/s] Tk TT [C] [C] Tk TT [C] [C] 1. 2. 3. Zmienna prędkość obrotowa n, stały posuw f oraz głębokość skrawania ap L.p. 1. 2. 3. Obroty wrzeciona n [obr/min] Średnica Posuw d [mm] f [mm/obr] Głębokość skrawania ap [mm] Prędkość skrawania V [m/s] Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Kierunek: Przedmiot: Mechanika i Budowa Maszyn Obróbka skrawaniem i obrabiarki Temat: Nazwisko i imię Pomiar temperatury skrawania. ………………….…….. Protokół z części praktycznej zajęć Zmienna głębokość skrawania ap, stały posuw f oraz prędkość obrotowa n L.p. Głębokość skrawania ap [mm] Średnica d [mm] Obroty wrzeciona n [obr/min] Posuw f [mm/obr] Prędkość skrawania V [m/s] Tk TT [C] [C] 1. 2. 3. Rys. Przykładowy termogram - parametry skrawania: ap= ..........., f=................., n=............ Wnioski: ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................
